摘要：随着经济的高速发展，电网发展越来越迅猛，变电站是电网系统的重要组成部分，它的稳定运行直接关系到整个电网的安全，在220kV变电站中经常会出现过电压现象，这极大地危害了变电站运行设备的安全，本文中作者将结合多年在变电站实际工作的经验对投切空载变压器和分合空载母线这两种操作进行探讨，通过对原理的分析，总结出操作过电压和谐振过电压产生的原因，并提出了相应的过电压防范与抑制措施，同时通过实际用例对过电压防范与抑制措施的有效性进行了论证。
关键词：220kV变电站 操作过电压 谐振电压
以佛山市 220kV荷城变电站为例，笔者主要负责220kV荷城变电站的运行工作，站内有三台主变压器，总容量为540MVA，在操作变电站过程中，经常会发生电压升高和电位差升高现象，这极大危害了系统的绝缘性能，给设备和人员的安全带来隐患。经过笔者常年的工作研究，发现可将过电压分为操作过电压和谐振过电压，其中操作过电压是指在操作变电设备和当变电设备产生故障时出现的过电压，其持续时间比较短。谐振过电压是指在操作中形成的回路具有与电源频率相近甚至相同的自振频率而发生的谐振过电压现象。在220kV变电站设备操作过程中，线路合闸与切除、故障切除、容性电流及中等以下感性电流的开断以及负荷突变等都有可能产生操作过电压。谐振过电压具有持续时间长的特点，需要将谐振条件破坏才可以停止过电压现象。不论是哪一种过电压都将对变电站运行设备产生极大的危害，甚至会威胁操作人员的生命安全。因此，弄清过电压原理，并针对存在问题采取有效的防范措施对保证变电站正常工作有着非常重要的意义。
1220kV变电站运行产生过电压原理的分析
空载变压器操作过电压产生的原理。主变压器的高压绕组有电源进线，而低压绕组开路的运行状态被称为空载运行。在主变压设备运行时，其高压侧会存在较小的空载电流。切断空载主变压器，在较小的空载电流作用下，断路器将出现较为强烈的游离现象，且十分容易发生强制熄弧，这种现象被称之为截流。截流现象会在主变压器上产生过电压，即空载变压器操作过电压。
母线系统谐振过电压产生的原理。在220kV变电站进行分闸或发生故障的暂态过程中，主变压器以及PT等电磁线圈的铁芯发生了磁饱和现象，具备了满足谐振的条件，从而产生了谐振过电压。母线系统的谐振过电压可以分成串联谐振和并联谐振两种类型。由于220kV变电站包含有小电流接地系统、大电流接地系统以及中性点不接地系统等多个系统，在变电站操作运行中，如果PT铁芯的磁珠电感发生了足够大的变化，就会引发串联谐振过电压或者并联谐振过电压。在过压过程中PT就会出现发生异响、母线电压单相或两相有抬升、PT开口三角形电压有抬升等现象。谐振电压持续时间越长危害就越大，有可能击穿防护绝缘，也有可能导致母线PT因过电流而被烧毁。
2空载变压器操作过电压的防范措施
由于截流现象是产生过电压的最主要因素，因此必须想办法减少主变压器的空载电流、减小主变压器高压绕组的电感以及增加主变的寄生电容来削弱截流现象。我们可以采用如下的几个办法。
可以通过改善主变压器铁芯来降低高压绕组的空载电流。主变压器的空载电流由铁损电流和磁化电流构成，铁损电流由铁芯损耗产生，铁芯磁通则产生了磁化电流。因此改变主变压器铁芯可有效降低空载电流。在实际应用中我们可以采用导磁系数高的冷轧晶粒作为铁芯材料、按照标准对铁芯进行定期维护等，这些都可以提高主变铁芯的质量，降低空载过电压现象出现的概率。
通过采用纠结式绕组可以大大增加主变压器的寄生电容。纠结式绕组是指将绕组中的另一线匝插入到电气位置相邻的线匝之间，这样可以增加绕组的纵向电容，同时增加实际相邻线匝间的电位差，从而使各线匝的起始电压均匀分布。
另外，还可以采用带并联电阻的断路器。在截流现象发生的一瞬间，电感中的磁能将转化为电能，并对电容进行充电并产生高压，如果此时断路器并联了电阻，那么就可以使得电感中的磁场能量得到有效释放。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆在截流现象发生之前，带并联电阻断路器闭合后，就将断路器并联电阻短接。在截流现象发生以后，断路器再打开，电感中的电流就可以通过电阻进行释放，也就减少了对电容的充电。
3母线系统谐振过电压防范措施
220kV变电站的主接线形式、PT伏安特性不良导致铁芯过早饱和、母线上所接的架空或电缆线路处于空载运行状态、断路器检修质量不到位导致三相不同步合闸等都是产生谐振过电压的主要原因。我们可以从电气设备和倒闸操作两方面采取防范和抑制措施。
1在倒闸操作方面采取措施
在对母线进行倒闸操作时，变电运行人员要防止PT与断路器的断口电容发生谐振。一旦发生谐振应该立即切断谐振回路来源，破坏谐振的条件。我们要严格遵守倒闸操作步骤，进行母线停电操作时，应先将母线PT的隔离开关拉开，然后在拉开母联断路器。送电过程要与之相反。
在进行倒闸操作时可以增加电容C值。在进行倒闸操作时，可以通过外接电容，将消弧线圈、空载线路或空载变压器投入，将电缆线路接入，将母联或分段断路器拉合等多种手段来增大系统中的电容值，从而有效避免谐振产生。
在进行母线倒闸操作时，一旦母联开关断开，应立马对停运母线的电压进行检查，如果发现电压过高，则应立马将断开的母联再合上。如果谐振已经产生则应该将一个无电源的元器件与停运母线并联的方法来消除谐振。
2在电气设备方面
要充分测量、计算和掌握系统的对地电容参数、PT励磁特性等资料，并由此判断是否存在产生谐振的可能。我们应该保障断路器的断口电容不大于450皮法，如果大于应该进行优化，避免产生谐振。
还应该尽量采用电容式的PT,从根本上消除谐振条件。如果采用电感式PT，则应该选用伏安特性好、铁芯不易饱和以及励磁感抗高的产品。
还要做好设备的维护、检修工作，确保在倒闸过程中不出现断路器不同步的情况。同时，对主变、PT等电气设备的进线侧加避雷器并可靠接地，这样能够对操作的过电压进行有效防范。
4荷城变电站实例分析
以220kV荷城变电站的主变绕组材料为冷轧硅钢片，绕组形式为纠结式，其能有效降低主变的空载电流，增大绕组的寄生电容，从而减少了过电压，使其控制在相电压的2倍以内，且其持续时间较短，不会对设备绝缘造成危害。我们还定期对主变进行维护，这进一步降低了产生过电压的概率。
结语
综上所述：在220kV荷城变电站运行操作中难以避免会产生操作过电压和谐振过电压，这会对电气设备和操作人员的安全带来严重威胁，我们一定要做到具体问题具体分析，针对不同的原因采取不同的防治办法，尤其要对变电站内的各储能元件性能和参数了解清楚，并针对性地采取有效措施来对空载变压器操作过电压和母线系统谐振过电压进行防范。另外，学会积极引进能有效改善过电压的新技术和新装备。
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论文作者:钟飞
论文发表刊物:《电力设备》2017年第25期
论文发表时间:2017/12/20
标签：过电压论文; 谐振论文; 变电站论文; 操作论文; 母线论文; 电流论文; 绕组论文; 《电力设备》2017年第25期论文;